Изучение металлургических процессов при сварке толсто-покрытыми электродами. Изучение металлургических процессов при сварке толсто-покрытыми. Введение Сущность сварки металла электродами
 Скачать 56.58 Kb.
|
|
Содержание Введение……………………………………………………………………3 Сущность сварки металла электродами………………………………….4 Электроды для сварки углеродистых и низколегированных сталей…...5 Компоненты покрытия электродов ………………………………………7 Сварка толсто-покрытым электродом………………………...................11 Металлургические процессы при сварке……………………………….. 13 Заключение ………………………………………………………………..19 Список литературы……………………………………………………….21 Введение Металлургические процессы при сварке – это процессы взаимодействия жидкого металла с газами и шлаками, которые происходят во время плавки электрода, при переходе капли жидкого металла по дуге, а так же в самой ванне. По своей природе сварка является металлургическим процессом. Металлургия сварки характеризуется теми физико-химическими процессами, которые протекают в сварочной зоне. Они определяются взаимодействием расплавленного металла со сварочными флюсами, шлаками и газами, а также охлаждением и кристаллизацией металла шва и превращениями основного металла в зоне термического влияния. Эти процессы протекают на всех стадиях дуговой сварки: в период плавления электрода, перехода капли жидкого металла через дуговой промежуток и в самой сварочной ванне. Однако в отличие от общей металлургии, характерной для сталеплавильных агрегатов, условия протекания металлургических процессов при сварке отличаются рядом особенностей, влияющих как на ход их развития, так и на получаемые результаты. Такими особенностями являются: Малый объем сварочной ванны и в то же время достаточно большие относительные количества реагирующих фаз в ней. Высокие температуры в различных областях сварочной зоны и большой перегрев расплава в ванне. Движение жидкого металла, интенсивное перемешивание расплавленных продуктов и их непрерывный обмен в сварочной ванне. Высокие скорости охлаждения и кристаллизации наплавленного металла. В этих условиях наблюдается активное взаимодействие расплавленного металла с окружающей газовой средой и флюсами, нагретыми до высоких температур. Протекание процессов происходит с большой скоростью. Однако в связи с кратковременностью существования расплава и постоянного обновления взаимодействующих фаз чаще всего они не доходят до полного завершения и большинство реакций в сварочной зоне не достигает равновесного состояния. К тому же создаются условия, препятствующие полному очищению металла шва от различных неметаллических включений, оксидов и газов, которые из-за быстрого затвердевания расплава не успевают выходить на поверхность сварочной ванны и удаляться в шлак. С другой стороны, высокие скорости охлаждения и кристаллизации металла существенно отражаются на строении получаемых швов, приводят к мелкозернистой структуре их, уменьшению химической неоднородности, а в результате повышению свойств литого металла шва. Имеющие место металлургические процессы связаны с протеканием определенных химических реакций, в результате которых может происходить окисление или раскисление металла шва, легирование его определенными элементами, растворение и выделение в шве газов и др. Некоторые из них ведут к ухудшению свойств получаемых соединений и являются нежелательными (например, окисление), другие способствуют повышению качества и свойств соединений и часто проводятся преднамеренно, (например, раскисление). Поэтому в том или ином случае назначения условий сварки необходимо исходить из анализа прохождения всего комплекса физико-химических процессов, имея в виду, что общим результатом их должно быть получение металла шва с определенными свойствами и определенного химического состава. Это определяется не только составом присадочного и основного металла, но и в значительной степени зависит от характера и интенсивности реакций, протекающих в процессе сварки. Сущность метода сварки металла электродами Ручную дуговую сварку выполняют сварочными электродами, которые вручную подают в дугу и перемещают вдоль заготовки. В процессе сварки металлическим покрытым электродом — дуга горит между стержнем электрода и основным металлом. Стержень электрода плавится, и расплавленный металл каплями стекает в металлическую ванну. Вместе со стержнем плавится покрытие электрода, образуя газовую защитную атмосферу вокруг дуги и жидкую шлаковую ванну на поверхности расплавленного металла. Металлическая и шлаковые ванны вместе образуют сварочную ванну. По мере движения дуги сварочная ванна затвердевает и образуется сварочный шов. Жидкий шлак после остывания образует твердую шлаковую корку. Электроды для ручной сварки представляют собой стержни с нанесенными на них покрытиями. Стержень изготовляют из сварочной проволоки повышенного качества. Сварочную проволоку всех марок в зависимости от состава разделяют на три группы: низкоуглеродистая, легированная и высоколегированная. Ручная сварка удобна при выполнении коротких и криволинейных швов в любых пространственных положениях нижнем, вертикальном, горизонтальном, потолочном, при наложении швов в труднодоступных местах, а также при монтажных работах и сборке конструкций сложной формы. Ручная сварка обеспечивает хорошее качество сварных швов, но обладает более низкой производительностью, например, по сравнению с автоматической дуговой сваркой под флюсом. Сварка деталей покрытым металлическим электродом возможна благодаря высокой тепловой мощности сварочной дуги, под воздействием которой металлы расплавляются. Капли электродного металла расплавляются и переносятся в сварную ванну, увеличивая ее объем, поэтому покрытый электрод является еще присадочным материалом. Под воздействием сварочной дуги расплавляется покрытие нанесенное на поверхность электрода. В состав покрытия входят измельченные компоненты разного назначения — шлакообразующие, газообразующие, связывающие, раскисляющие и другие. Шлак, полученный плавлением покрытия, обволакивает сварную ванну и защищает жидкий металл от взаимодействия с атмосферными газами. Электроды для сварки углеродистых и низколегированных сталей Получение металла шва, равнопрочного основному, обеспечивается выбором типа сварочного электрода, который регламентирует прочностные характеристики сварного соединения. Следует учитывать, что применение электродов с повышенными механическими свойствами наплавленного металла, например, по пределу прочности при растяжении, может привести к снижению работоспособности сварной конструкции. Для сварки кипящих сталей (низкоуглеродистая сталь, выпускаемая из печи слабораскисленной) используют электроды с любым покрытием. Для сварки полуспокойных сталей (сталь, полученная при раскислении жидкого металла менее полно, чем при выплавке спокойной стали, но большем, чем при выплавке кипящей стали) при больших толщинах следует применять электроды с покрытиями основного или рутилового видов. Сварка конструкций из спокойной стали, работающих при низких температурах или при динамических нагрузках, должна выполняться электродами с основным покрытием. Стабильность горения дуги влияет на качество швов и на возможность сварки переменным током. Наиболее стабильно дуга горит у электродов с целлюлозным, кислым и рутиловым покрытиями. Это позволяет использовать сварочные трансформаторы. Для электродов с основным покрытием требуются только источники постоянного тока. Для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву до 60 кгс/мм² (600 МПа). Обозначаются буквой У (ГОСТ 9467-75); Для сварки легированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву свыше 60 кгс/мм² (600 МПа). Обозначаются буквой Л (ГОСТ 9467-75); Для сварки легированных теплоустойчивых сталей. Обозначаются буквой T (ГОСТ 9467-75); Для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами. Обозначаются буквой В (ГОСТ 10052-75); Для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами. Обозначаются буквой H (ГОСТ 10051-75). Компоненты покрытия электродов Стабилизация разряда дуги Чтобы сварная дуга имела максимальную стабильность, электроды покрываются специальными веществами, которые имеют низкую величину потенциала ионизации. Это приводит к тому, что при выполнении сварочных работ дуга насыщается свободными ионами, стабилизирующими процесс горения. Сегодня покрытие электродов может включать в себя такие компоненты, как поташ, натриевое или калиевое жидкое стекло, мел, титановый концентрат, барий углекислый и прочее. Данные покрытия носят название ионизирующих. Защита области сварки от атмосферных газов Компоненты, входящие в состав покрытия электрода, способствуют созданию защитного облака, состоящего из диоксида углерода и монооксида углерода, а также участвуют в образовании шлакового слоя, образующегося на сварном шве и укрывающим сварочную ванну от газов, содержащихся в окружающем воздухе. К образующим газ компонентам относятся декстрин, целлюлоза, крахмал, пищевая мука и другие. А шлак образуют каолин, мрамор, мел, кварцевый песок, титановый концентрат и прочее. Помимо защиты шва от содержащихся в воздухе газов шлак способствует снижению скорости охлаждения металла и его последующей кристаллизации, что в свою очередь благоприятно сказывается на выходе из свариваемого металла газов и ненужных примесей. Легирование металла шва Легирование способствует улучшению ряда свойств сварного шва. Основные металлы, которые способствуют легированию, – это титан, марганец, кремний и хром. Раскисление расплава Во время сварки очень важно удалить кислород из металла, для чего используются специальные раскислители – это вещества, вступающие в реакцию с кислородом эффективнее железа, и связывающие его. Это титан, молибден, алюминий или хром, добавляемые как ферросплавы в состав покрытия электрода. Помимо защиты шва от содержащихся в воздухе газов шлак способствует снижению скорости охлаждения металла и его последующей кристаллизации, что в свою очередь благоприятно сказывается на выходе из свариваемого металла газов и ненужных примесей. Легирование металла шва Легирование способствует улучшению ряда свойств сварного шва. Основные металлы, которые способствуют легированию, – это титан, марганец, кремний и хром. Раскисление расплава Во время сварки очень важно удалить кислород из металла, для чего используются специальные раскислители – это вещества, вступающие в реакцию с кислородом эффективнее железа, и связывающие его. Это титан, молибден, алюминий или хром, добавляемые как ферросплавы в состав покрытия электрода. Связывание всех составных элементов Покрытые электроды нуждаются в крепкой связи покрытия со стержнем, а также всех составляющих элементов покрытия между собой. При этом главным связующим компонентом является силикат натрия или жидкое калиевое стекло. Стоит напомнить, что жидкое стекло (по сути силикатный клей) еще и отлично стабилизирует сварочную дугу, что делает его незаменимым компонентом электродов всех видов. Состав и толщина используемых покрытий оказывает непосредственное влияние на такие показатели как стабильность дуги, вязкость расплавленного металла, а также шлака, особенности поведения металла при переходе в сварочную ванну и прочее. Целлюлозные Основная особенность покрытий этого вида – создание в процессе сваривания большого объема газов и небольшого процента шлаков, что весьма удобно при варке вертикальных швов. Электроды с целлюлозным покрытием могут включать в свой состав органические смолы, тальк, собственно целлюлозу и разные ферросплавы. Единственным недостатком такого покрытия является низкая пластичность металла шва, которая вызвана большим объемом водорода, выделяющимся при сгорании органики, а также повышенная разбрызгиваемость металла. Основные В состав таких электродов входят карбонаты магния и кальция, в качестве которых чаще всего выступают мрамор, доломит и магнезит. Лучше всего сварочные работы на таких электродах выполнять при постоянном токе, поскольку при переменном добавляемый в такие электроды (для разбавления шлака) плавиковый шпат может ухудшать качество шва. Но при небольшом количестве плавикового шпата в составе покрытия вполне допускается работать с переменным током. Электроды с основным покрытием используют при сваривании ответственных стальных конструкций, так как металл получаемого шва обладает высокой пластичностью. К особенностям при работе с такими электродами можно отнести тот факт, что швы получаются довольно грубыми и выпуклыми. Хранить их необходимо в сухом месте, потому что электроды такого типа отличаются высокой гигроскопичностью. С железным порошком Внедрение в состав покрытия железного порошка значительно увеличивает производительность труда. Проплавляющая способность дуги увеличивается, что положительно сказывается на качестве сварки соединений с повышенными или неравномерными зазорами, а также облегчает повторное зажигание дуги. Кислые покрытия Эти электроды покрываются оксидами железа и марганца, которые выделяют в сварочную дугу значительный объем кислорода. Это уменьшает поверхностное натяжение, придавая металлу большую тягучесть, повышая тем самым ее температуру и делая расплавленный металл более текучим. Что благоприятно сказывается на скорости работы, но повышает опасность подрезов. Также марганец образует опасные оксиды, которые отрицательно влияют на здоровье сварщика, поэтому в последнее время такие покрытия заменили на рутилово-кислые. При производстве сварочных электродов необходимо не только точно соблюсти количественное содержание всех необходимых компонентов, но и обеспечить их равномерное распределение по всей длине покрытия. Для этого применяется точное оборудование, которое качественно измельчает используемые вещества, просеивает через систему сит, формирует обмазочный состав в нужной консистенции и наносит его на стержень. После смешивания сухих компонентов к ним добавляют жидкое стекло, которое выступает в качестве связующего элемента, способствующего эффективному превращению сырья в единую массу. Получаемая в итоге паста наносится на электроды методом опрессовки, после чего они поступают в специальные камеры на просушку и дальше – на прокалку. Сварка толсто-покрытым электродом При сварке толсто-покрытыми электродами количество кислорода, попадающего в атмосферу дуги из окружающего воздуха, незначительно и расплавленный металл окисляется преимущественно водяным паром и углекислым газом, образующимися при нагреве и расплавлении покрытия. Состав газов в атмосфере дуги зависит и от режима сварки. Толсто-покрытые электроды со специальной (толстой) обмазкой применяют для получения сварных швов с высокими механическими свойствами. Такое покрытие электродов обеспечивает устойчивое горение дуги, хорошее формирование шва, надежную защиту ванночки жидкого металла от кислорода и азота воздуха и медленное охлаждение сварного шва за счет жидкого шлака, покрывающего расплавленный металл. Применением соответствующих толсто-покрытых электродов обеспечивается равнопрочность сварного соединения с основным металлом. При использовании толсто-покрытого электрода под действием тепла дуги плавится как электродный стержень, так и электродное покрытие, причем последнее расплавляется с некоторым отставанием, образуя на торце электрода чехольчик. Нагрев и сгорание покрытия более интенсивно происходят изнутри; поэтому у торца стержня образуется значительное количество газов, объем которых увеличивается при нагревании. Коэффициент плавления толсто-покрытых электродов значительно уменьшается по сравнению с коэффициентом голых и тонко-покрытых электродов за счет того, что некоторое количество тепла дуги расходуется на плавление, испарение и разложение покрытия, но прямой зависимости толщины покрытия нет. При сварке толсто-покрытым электродом на больших токах наблюдается преимущественно мелкокапельный перенос металла с редкими замыканиями дугового промежутка. В этом случае величина поверхностного натяжения металла капель снижается как за счет наличия поверхностно-активных веществ в шлаке, так и вследствие более высокой температуры капель. Силы отрыва нарастают интенсивнее и появляется дополнительная сила, активно развивающиеся процессы газообразования могут преждевременно дробить каплю. Сварной шов, выполненный толсто-покрытыми электродами на малоуглеродистой стали имеет значительно лучшую структуру. Однородность первичной кристаллизации в нем выражена менее резко, нитридные включения отсутствуют, кислородных включений почти нет, распределение зерен феррита и перлита более равномерное при мелкозернистой структуре. Явление магнитного дутья при сварке толсто-покрытыми электродами при закрытой дуге ( под слоем флюса) проявляется в значительно меньшей степени, чем при голых и тонко-покрытых электродах. Для электродуговой наплавки также применяют толсто-покрытые электроды, имеющие стержень из обычной, порошковой проволоки или литой. Порошковые электроды более производительны, чем стержневые, и имеют более высокий коэффициент усвоения Мn и С, так как при наплавке наполнитель плавится быстрее, чем оболочка, что улучшает защиту расплавленного металла. Порошковые электроды за счет изменения химического состава наполнителя позволяют в большом диапазоне изменять химический состав наплавленного металла. Для дуговой резки металлическим электродом используют толсто-покрытые электроды, обычно те же, что и для сварки. Род тока зависит от марки электрода. С увеличением толщины металла скорость резко уменьшается. Для резки угольными или графитовыми электродами используют постоянный ток прямой полярности, так как в этом случае на изделии выделяется больше теплоты. Науглероживание кромок реза затрудняет их последующую механическую резку. Несмотря на хорошее качество наплавленного металла, ручная дуговая сварка толсто-покрытыми электродами малопроизводительна, а качество зависит от квалификации сварщика. Попытки механизации сварочного процесса толсто-покрытыми электродами не дали положительного результата, что объяснялось трудностями обеспечения надежного токоподвода к сварочной проволоке и удержания покрытия на ней, когда она свернута в бухту. При сварке электродами с толстым покрытием под действием дуги плавится и частично переходит в газообразное состояние не только металл электрода, но и покрытие. В этом случае капли, пересекающие дуговой промежуток, могут быть как крупными, сопоставимыми с диаметром электродного стержня, так и мелкими. В результате сварной шов, выполненныйтолсто-покрытым электродом , имеет прочность не ниже основного металла. И если соединение выполненовстык толсто-покрытымиэлектродами с подваркой корня шва или встык тонко-покрытыми электродами, но с усилением стыковых швов накладками, обеспечивающими расчетную равно - прочность соединения целому сечению. Особенно тщательно следует очищать шлак при сварке толсто-покрытыми электродами, которые дают большее количество шлака, чем тонко-покрытые. При наплавке второго слоя валики укладывают поперек валиков первого слоя. Металлургические процессы при сварке Под термином металлургические процессы понимают высокотемпературные процессы взаимодействия фаз, имеющие цель получения металла. Они, как правило, сопровождаются переходом вещества из одной фазы в другую и могут являться реакциями перехода, замещения и распределения элементов между фазами. Так как металлургические процессы могут оказывать существенное влияние на качество сварного соединения, их необходимо учитывать и по возможности использовать при сварке. Для случаев сварки плавлением взаимодействующими фазами являются жидкий и твердый металл, газ и жидкий шлак. Последний образуется при расплавлении шлакообразующих веществ электродного покрытия или флюса, а также в результате взаимодействия металла и газа. Процессы сварки плавлением обязательно включают нагрев свариваемого и присадочного металла до расплавления, их последующее охлаждение и затвердевание. В связи с этим взаимодействие фаз сперва идет в условиях повышения, а затем понижения температуры. Это взаимодействие может быть эндотермическим, проходящим с поглощением теплоты, или экзотермическим, сопровождающимся выделением теплоты. Повышение температуры усиливает эндотермические процессы и ослабляет экзотермические. При понижении температуры имеет место противоположная тенденция. В сварочную ванну кислород способен поступать из газовой фазы при переправлении поверхностных оксидов, а также в результате обменных реакций с химически активными по кислороду шлаками. В газовую фазу, контактирующую со сварочной ванной, кислород попадает как примесь защитных газов, из воздушной атмосферы при сварке без защиты или при некачественной защите. Кроме того, в сварочной дуге водяной пар и углекислый газ диссоциируют с образованием свободного кислорода: Н2О ⇄ 2Н + О; СО2 ⇄ СО + О. Расплавленный металл сварочной ванны поглощает кислород: n[Me] + mO ⇄ [MenОm], где квадратные скобки означают принадлежность реагента металлической ванне; Me – условное обозначение металла. В продуктах реакции присутствие кислорода становится заметным при температурах свыше 1700о. В данных условиях углекислый газ является окислителем ряда металлов, в частности, он взаимодействует с расплавом железа по реакции CO2 + [Fe] ⇄ [FeO] + CO. Раскисление – это процесс удаления кислорода из жидкого металла. Различают осаждающее и диффузионное раскисление. При осаждающем раскислении растворенный кислород удаляют из жидкой стали, добавив в нее раскислитель, т.е. элемент, оксид которого более стабилен, чем оксиды железа. Такими элементами являются Si, Mn, Ti, Al и др., образующие при раскислении жидкие или твердые оксиды, а также углерод, дающий газообразный продукт раскисления. Наиболее сильными раскислителями при сварке стали являются редкоземельные элементы. Раскисление стали содержащимся в ней углеродом протекает как самопроизвольное явление, сопутствующее окислению железа в сварочной ванне. Продукт окисления железа FeO конвективными потоками распределяется по объему сварочной ванны. В процессе перераспределения FeO восстанавливается с образованием оксида углерода: FeO + C ⇄ Fe + CO. Пузырьки СО частично всплывают на поверхность расплавленной стали, а также из-за скоротечности процесса кристаллизации частично остаются в сварочной ванне и образуют в шве большое количество пор. Такой сварной шов является некачественным и имеет очень низкие показатели прочности и пластичности. По этой причине развитие реакции при сварке сталей сдерживают путем введения в сварочную ванну других раскислителей, восстанавливающих железо одновременно с протеканием реакции, но с гораздо большей скоростью. Например, реакции раскисления кремнием и марганцем имеют вид [FeO] + [Mn] ⇄ (MnO) + [Fe]; 2[FeO] + [Si] ⇄ (SiO2) + 2[Fe]. Образовавшиеся оксиды MnO и SiO2 имеют меньшую плотность, чем расплав стали и, всплывая, частично переходят в шлаковую ванну. Остальные оксиды из-за скоротечности процесса затвердевания сварочной ванны не успевают всплыть и образуют в сварном шве шлаковые включения. Диффузионное раскислениеосуществляется, в основном, за счет перехода МeO в шлак диффузионным путем, а также при перемешивании шлака с металлом, в частности, под действием давления сварочной дуги. При дуговой сварке покрытыми электродами, порошковой проволокой и под флюсом диффузионное раскисление обычно используют как дополнительный процесс к осаждающему раскислению. Например, основной шлак удерживает продукты осаждающего раскисления стали по реакциям [SiO2] + (CaO) ⇄ (CaO SiO2); [Al2O3] + (CaO) ⇄ (CaO Al2O3). Это обусловливает высокий градиент концентраций для SiO2 и Al2O3 между шлаковой и сварочной ваннами и усиливает диффузионный поток оксидов кремния и алюминия в шлак. В результате интенсифицируются реакции осаждающего раскисления стали кремнием и алюминием и общее содержание кислорода в шве (оксидов железа, оксидов легирующих элементов и примесей, оксидов раскислителей) существенно понижается. Рафинирование – это процесс очистки расплавленного металла от нежелательных примесей. Различают примеси постоянные и случайные. Присутствие постоянных примесей в металлах или сплавах обусловливается методом и технологическими особенностями их получения. К случайным примесям относят элементы, случайно попадающие в металл из вторичного сырья или руд отдельных месторождений. Например, в углеродистых и легированных сталях постоянными примесями являются кремний, марганец, алюминий, сера, фосфор, а также кислород, водород и азот. Случайные примеси в сталях – хром и никель. Рафинирование в условиях сварки плавлением сталей возможно по водороду, сере и фосфору. Снижение концентрации водорода в сварочной ванне достигается путем связывания водорода в процессе сварки в химически прочные при высоких температурах соединения, нерастворимые в металле, например, HF и OH. Связывание водорода в HF производится с помощью шлаков, содержащих флюорит (CaF2), например, при сварке под флюсом ОСЦ-45 или при сварке покрытыми электродами марки ЦУ-5 (для сварки корневых швов толстостенных трубопроводов на постоянном токе обратной полярности). При этом протекают следующие химические реакции. Флюорит, реагируя в шлаке с диоксидом кремния, образует тетрафторид кремния 2(CaF2)+3(SiO2) ⇄ 2(CaSiO2)+ SiF4. Улетучиваясь, тетрафторид кремния переходит в газовую фазу, где он взаимодействует с атомарным водородом и водяным паром по реакциям SiF4+3H ⇄ (SiF)+3HF; SiF4+2H2O ⇄ (SiO2)+4HF. Образование гидроксила протекает по реакциям CO2 + H ⇄ CO + OH; O + H ⇄ OH; O2 + H2 ⇄ 2OH. Реакции протекают при сварке покрытыми электродами, порошковой проволокой и под флюсами, содержащими CaCO3 (в условиях дуговой сварки CaCO3 распадается с выделением CO2), а также при сварке в углекислом газе. Кроме кислорода воздуха жидкий металл может окисляться водяным паром, двуокисью углерода и другими кислородсодержащими газами, присутствующими в зоне сварки. При электрошлаковой сварке кислород, а также водород могут передаваться металлу из окружающей атмосферы через жидкий шлак. Ввиду существенной зависимости взаимодействия фаз от температуры рассмотрим характер изменения температуры металла в процессе сварки. Термические циклы, которые проходят основной и электродный металлы при сварке, неодинаковы. Капли расплавленного электродного металла пролетают через дуговой промежуток или переходят через шлаковую ванну. При этом поверхность их нагревается до высоких температур (при переходе через дуговой промежуток — до температуры кипения металла). Затем капли попадают в сварочную ванну. Основной металл свариваемых кромок подвергается менее интенсивному воздействию дуги или шлаковой ванны, а поэтому меньше перегревается над температурой плавления. Последующее охлаждение попавших в сварочную ванну основного и электродного металлов происходит совместно. В связи с этим металлургические реакции между металлом и шлаком в разных частях сварочной зоны проходят по-разному. Происходящие между жидким шлаком и металлом реакции взаимодействия являются или реакциями замещения, т. е. вытеснения из шлака в металл одного элемента другим, или же реакциями распределения элемента между металлом и шлаком. Реакции замещения могут быть записаны в молекулярной или ионной форме в зависимости от принятых взглядов на строение жидкого шлака. Металл сварочной ванны может окисляться за счет кислорода, содержащегося в газовой среде и шлаках в зоне сварки. Кроме того, окисление может происходить и за счет оксидов (окалины, ржавчины), находящихся на кромках деталей и поверхности электродной проволоки. При нагреве имеющаяся в ржавчине влага испаряется, молекулы воды диссоциируют, а получающийся кислород окисляет металл. Окалина при плавлении металла превращается в оксид железа также с выделением свободного кислорода. При недостаточной защите сварочной ванны окисление происходит за счет кислорода воздуха. Кислород с железом образует оксиды: FeO (22,3% О2), Fe3O4 (27,6% О2), Fe2O3 (30,1% О2). При высокой температуре сварочной дуги за счет атомарного кислорода в результате реакции Fe + О FeO образуется низший оксид, который при понижении температуры может переходить в другие формы высших оксидов. Заключение Сварка является одним из ведущих технологических процессов создания материальной основы современной цивилизации. С помощью сварки осуществляется производство судов, турбин, котлов, самолетов, мостов, реакторов. Больше половины валового национального продукта промышленно развитых стран создается при помощи сварки и родственных технологий. До ⅔ мирового потребления стального проката идет на производство сварных конструкций и сооружений. Во многих случаях сварка является единственно возможным или наиболее эффективным способом создания неразъемных соединений конструкционных материалов. Основой монолитного сварного соединения является образование связей между атомами соединяемых деталей. Монолитное соединение формируется при сближении поверхностей на расстояние, соизмеримое с параметрами кристаллической решетки (порядка долей нанометра). Однако в реальных условиях для получения сварного соединения недостаточно простого соприкосновения поверхностей соединяемых деталей. Основная трудность при создании монолитных соединений связана с тем, что свариваемые поверхности имеют микронеровности и загрязнения. При совмещении таких поверхностей контакт возможен лишь в отдельных точках, тогда как для качественного соединения изделий необходимо обеспечить контакт большей части стыкуемых поверхностей. Кроме того, межатомные связи устанавливаются только в том случае, когда атомы соединяемых деталей получают некоторую дополнительную энергию, необходимую для преодоления существующего между ними энергетического барьера и называемую энергией активации. При сварке ее вводят в зону соединения извне путем нагрева (термическая активация) или пластического деформирования (механическая активация). Внешняя механическая энергия деформации затрачивается на преодоление сил отталкивания, возникающих между поверхностными атомами сближаемых тел. Когда расстояния между ними приближаются к межатомным, в решетке кристаллов начинается взаимодействие электронных оболочек атомов. Тепловая энергия, сообщенная поверхностным атомам при повышении температуры, способствует развитию электронного взаимодействия и облегчает соединение поверхностей. Для сварки характерны две стадии процесса образования прочных связей между атомами соединяемых веществ. На первой из них развивается физический контакт: соединяемые вещества сближаются на расстояния, необходимые для межатомного взаимодействия, и происходит соответствующая подготовка поверхностей, а на второй – стадии химического взаимодействия – заканчивается процесс образования прочного соединения. Сближение свариваемых частей и введение энергии активации в зону сварки – необходимые условия для образования неразъемных сварных соединений. В зависимости от характера активации при осуществлении соединений различают два основных вида сварки – плавлением и давлением. Список использованной литературы 1. Трочун И. П./Внутренние усилия и деформации при сварке. / Трочун И. П., «Машгиз», 2010. 279 с. 2. Шоршоров В.В. / Фазовые превращения и изменения свойств при сварке. / Шоршоров В.В. «Наука Атлас» 2012. №6. С. 8-11. 3. Клименко А.П. /Сварочное производство. / Клименко А.П. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., Гостоптехиздат, 2012. 417 с 4. Берго Б.Г. /Технология сварочного производства. / Берго Б.Г.,Карпов Е.В. Материалы 5-ой научн.-техн.конф. Москва, 2010, с. 38-44. 5. Стаскевич Н.Л. / Справочник по сварочным электродам. / Л., «Недра», 2014. 516 с.. Стаскевич Н.Л, Майзельс П.Б., Вигдорчик Д. Я. 6. Грезин А.К., /Сб. научи, тр. Сибирского рег. отд. МАХ. Сварочные материалы оборудование и технологии. / Вып. I. 4.I. - Омск, 2007. Грезин А.К., Бумагин Г.И. , Ландаи Ю.И. др. |